论文部分内容阅读
三氧化二砷（As2O3）是中药砒霜的主要成分，为砷剂的一种，其应用有着悠久的历史。1786年，英格兰的Fowler用1％As2O3溶液治疗驰张热、周期性头痛等。1865年，德国医生Lissauer开始用它治疗慢性髓细胞白血病患者。此后，此药被称为Fowler液，这是用于治疗白血病的第一种化学物质，此药持续应用达30年，但砷剂应用当时认为有许多问题如对急性白血病无效、对慢性白血病主要是髓系只有暂时疗效、毒性大等，因此逐渐被20世纪30年代开始的放疗、化疗所取代。20世纪90年代初，国内孙鸿德等[1]报道了用As2O3治疗急性早幼粒细胞性白血病（acute promyelocytic leukemia,APL）并使之获临床缓解后，其应用才又被重新重视，成为近年来的研究热点。近年来研究发现As2O3不仅对APL有效，对其他类型的白血病以及其他许多恶性肿瘤，如胃癌、肺癌、肝癌、前列腺癌、乳腺癌等都有良好的治疗效果。As2O3 主要通过诱导肿瘤细胞部分分化、抑制细胞增殖和诱导肿瘤细胞凋亡等机制发挥抗肿瘤作用。本文将对近年来研究的As2O3对血液病和其他实体瘤作用机制的资料作一综述。
1 诱导肿瘤细胞分化
张鹏等[2]应用As2O3治疗72例APL患者,44例获得完全缓解(CR)。治疗中随着早幼粒细胞下降,中、晚幼粒细胞及杆状、分叶核细胞逐渐增多而达CR;治疗后外周血白细胞升高,中、晚幼粒细胞也逐步升高,表明常规剂量的As2O3能诱导早幼粒细胞成熟,分化。陈国强等[3]的体外实验研究显示, As2O3对APL细胞株NB4具有剂量依赖性的双重效应:0.5～2μmol/L的As2O3诱导细胞凋亡和低浓度(0.1～0.25μmol/L) As2O3长时间(10～14d)作用诱导细胞部分分化。部分分化细胞呈现某些与分化相关的形态学改变和分化相关抗原的调变，表现为CD11b的上调和CD33的下调。然而As2O3经何种机制诱导细胞分化，已知,极大多数APL存在特异的染色体易位t(15;17)，该易位导致分别位于15和17号染色体的PML和RARα基因融合,表达PML-RARα融合蛋白。目前认为该蛋白是APL发病的主要分子基础。体外研究显示,PML-RARα既可阻断IL-1/γ-干扰素诱导的U937细胞分化,也可阻断生长因子剔除引起的细胞凋亡[4]。陈国强等[3]的研究同时也发现As2O3可不同程度改变PML-RARα的亚细胞定位,降解PML-RARα/PML蛋白。由此可以推断降解PML-RARα/PML蛋白可能是As2O3诱导分化的主要机制之一。As2O3能加强PML融合蛋白在其K160位点处与泛素相关多肽SUMO-1的结合，PML泛素化后，又能直接或间接促进PML和PML-RARα的分解代谢，也就是说As2O3能在两个环节点上发挥作用促进PML降解[5]。另外，JWA基因也可能与APL细胞分化的信号通路相关[6]，JWA是新近发现的受多种诱导分化剂调控的细胞骨架相关基因。曹海霞等[7]的研究显示As2O3可上调JWA蛋白的表达，说明As2O3也可能通过此途径诱导APL细胞分化。Zhu等[8]人在研究了As2O3和其它细胞分化诱导剂之间的联合作用效果后，发现低浓度的As2O3与环腺苷酸（cAMP）类似物8-CPT-cAMP之间有较强的协同作用，能完全诱导NB4、NB4-R1以及新鲜的APL细胞分化。而且，细胞蛋白酶A的拮抗剂H89能阻断As2O3诱导的细胞分化作用，提示As2O3诱导细胞分化可能存在新的信号通路。
As2O3不仅能在体内外诱导血液系统肿瘤分化而且对实体瘤也具有分化诱导作用。顾琴龙等[9]在研究As2O3对人胃癌细胞诱导分化作用的实验中发现低剂量的As2O3可以诱导人胃癌细胞分化，但不能完全逆转其恶性生物学特性，在诱导其分化过程中某些基因表达发生改变，如p53和bcl-XL基因表达率下降，Bax基因表达率上升。杜彩文等[10]在研究As2O3诱导人鼻咽低分化鳞癌裸鼠移植瘤分化的实验中也发现Bax基因高表达，但p53基因也呈高表达，这些基因在肿瘤的发生发展、分化中具有重要作用，p53作为抑癌基因，可以通过上调周期蛋白依赖性蛋白激酶抑制蛋白P21等使细胞周期停止、抑制DNA复制、加速损伤DNA的修复，从而使肿瘤细胞向正常方向分化。这仅是其中机制之一，其他机制有待于进一步研究。
2 抑制肿瘤细胞增殖
细胞周期存在G1/S期及Ｇ2/Ｍ期转换两个限制点，As2O3可能对G1/S和Ｇ2/Ｍ两个控制点均起作用，但具有细胞选择性。对一些细胞主要作用于G1/S期，对另一些细胞则作用于Ｇ2/Ｍ期，而对其他细胞则同时在两点均起作用。Zhang等[11]发现,1μmol/L的As2O3可抑制HL60和Ｒaji等细胞株的增长,并使细胞周期停留在Ｇ1期。周浩等[12]研究证实, As2O3能使人慢性髓系白血病细胞系K562阻滞于Ｇ2/Ｍ期。陈玉宝等[13]的研究表明As2O3可以使人多发性骨髓瘤细胞株HS-Sultan在两期均受阻滞。在G1/S及Ｇ2/Ｍ两个控制点，细胞周期素（Cyclin）Ｄ、B等及其依赖性蛋白激酶CDK1、CDK4、CDK6等,CDK抑制蛋白如p21、p16、p15、p27、p24等以及RB蛋白、E2F转录因子等起重要调控作用。CyclinD与CDK4和CDK6结合，CDK4/6的激酶活性被激活，然后将RB蛋白磷酸化，RB蛋白磷酸化导致RB-E2F解离，产生的自由状态的E2F成为有效的转录因子，参与基因转录，从而推动细胞通过G1/S控制点，促使细胞有序地进入S期[14]。此外, RB蛋白的磷酸化还使与之结合的c-ABL蛋白解离,恢复其受抑的蛋白酪氨酸激酶(PTK)的活性。后者调节G1/S期转换调节因子的表达,促进细胞周期进入Ｓ期[15]。CyclinB主要与CDK1结合在Ｇ2/Ｍ控制点起重要作用。CDK抑制蛋白p15、p16、p27主要与CDK4/6结合抑制其激酶活性，使细胞不能通过G1/S控制点。p24主要与CDK1结合抑制其活性，抑制细胞通过Ｇ2/Ｍ控制点。而p21可以抑制几乎所有CDK的激酶活性，从而在两个控制点均起抑制作用[14]。陈玉宝等[15]的研究结果表明，As2O3可以上调p21、p15、p16的表达 ，p21、p15、p16表达增加对CDK4/6激酶活性抑制作用增强，从而抑制RB蛋白磷酸化。肖冬梅等[16]的研究也表明, As2O3可抑制RB蛋白磷酸化。因此, RB蛋白與E2F等转录因子及c-ABL蛋白的结合可能被加强,从而抑制细胞G1/S期的转换,使细胞周期延长;同时, RB蛋白磷酸化的减少,也可能使RB蛋白与BCR/ABL融合蛋白的结合增多,而抑制BCR/ABL蛋白的PTK活性。As2O3可能通过抑制BCR/ABL蛋白的PTK活性而干扰BCR/ABL蛋白致癌信号的传导,抑制K562细胞生长。Park等[17]研究则发现As2O3不仅可以上调p21的表达，而且可以显著增强p21与CDK的结合。p21表达增加以及结合能力的增强不仅抑制促使细胞通过G1/S控制点的相关因子，而且抑制CDK1等Ｇ2/Ｍ控制点促进因子，使细胞周期停滞于Ｇ2期。此外As2O3也可以下调增殖细胞核抗原(PCNA)表达[18]，PCNA是DNA聚合酶δ的辅助因子,为DNA复制所必须，因此阻止细胞周期进行，抑制细胞增殖。以上这些说明，As2O3可能对细胞周期的不同阶段均起作用，但具体以哪一阶段为主因细胞而异，这可能主要是因为细胞周期受多种因素的共同调控，不同细胞对As2O3的反应因素不同。 参考文献：
[1] 孙鸿德，马玲，胡晓晨，等.癌灵一号结合中医辨证治疗急性早幼粒白血病32例[J].中国中西医结合杂志,1992,12（3）：170～171
[2] 张鹏，王树叶，胡龙虎，等.三氧化二砷注射液治疗72例急性早幼粒细胞白血病[J].中华血液杂志,1996,17（2）：58～60
[3] 陈国强，朱军，石学耕，等.氧化砷诱导早幼粒细胞白血病细胞凋亡及其分子机制的初步研究[J]. 中华血液杂志,1997,18（1）:25～28
[4] StellerH. Mechanisms and genes of cellular suicide. Science,1995,267:1445
[5] Lallemand-Breitenbach V, Zhu J, Puvion F, et al. Role of promyelocytic leukemia(PML) sumolation in nuclear body formation, 11s proteasome recruitment, and As2O3-induced PML or PML/retinioc acid receptor alpha degradation. J Exp Med, 2001,193(12):1361～1371
[6] 夏薇，周建伟，曹海霞，等. JWA参与调控细胞分化的结构和功能[J]. 科学通报,2001,46（9）：734～738
[7] 曹海霞，夏薇，沈群，等. JWA参与维甲酸、佛波酯和三氧化二砷诱导急性早幼粒细胞性白血病细胞分化和凋亡的可能机制[J]. 科学通报,2001,46（23）：1979～1983
[8] Zhu Q,Zhang JW, Zhu HQ, et al. Synergic effects of arsenic trioxide and cAMP during acute promyelocytic leukemia cell maturation subtends a novel signaling cross-talk. Blood, 2002, 99(3):1014～1022
[9] 顧琴龙，李宁丽，林言箴. 三氧化二砷对人胃癌细胞诱导分化的实验[J].肿瘤,2000,20（6）：410～412
[10] 杜彩文，李德锐，林英城，等. 三氧化二砷诱导人鼻咽低分化鳞癌裸鼠移植瘤分化及相关基因表达的初步研究[J]. 肿瘤防治研究，2003,30（5）：382～384
[11] Zhang W,Ohnishi K, Shigeno K et al. The induction of apoptosis and cell cycle arrest by arsenic trioxide in lymphoid neoplasms. Leukemia, 1998,12(9):1383～1391
[12] 周浩，陈智超，伍晓菲，等.三氧化二砷对慢性髓系白血病细胞周期的影响[J]. 临床血液杂志,2003,16（3）：127～129
[13] 陈玉宝,傅卫军,侯健,等. 三氧化二砷对骨髓瘤细胞周期及其调节蛋白表达的影响[J]. 中华血液学杂志,2003,24（4）：193～196
[14] 温进坤，韩梅. 医学分子生物学理论与研究技术[M]. 北京：科学出版社. 2002, 357～371
[15] Ragione FD, Borriello A, Giordani L, et al. Cell division cycle alterations in human malignancies. Cancer, 1997,10(1):151～156
[16] 肖冬梅，孙关林，苏奔，等. 三氧化二砷对K562细胞细胞周期的影响及其机制的研究[J].中华医学杂志,1999,79（4）：306～307
[17] Park WH, Seol JG, Kim ES, et al. Arsenic trioxide-midiated growth inhibition in MC/CAR myeloma cells via cell cycle arrest inassociation with induction of cyclin-dependent kinase inhibitor, p21,and apoptosis. Cancer Res,2000, 60(11):3065～3071
[18] 董晓荣，刘莉，董继华. PCNA表达与肺癌细胞株凋亡的关系[J]. 肿瘤防治研究,2003,30（5）：395～397
1 诱导肿瘤细胞分化
张鹏等[2]应用As2O3治疗72例APL患者,44例获得完全缓解(CR)。治疗中随着早幼粒细胞下降,中、晚幼粒细胞及杆状、分叶核细胞逐渐增多而达CR;治疗后外周血白细胞升高,中、晚幼粒细胞也逐步升高,表明常规剂量的As2O3能诱导早幼粒细胞成熟,分化。陈国强等[3]的体外实验研究显示, As2O3对APL细胞株NB4具有剂量依赖性的双重效应:0.5～2μmol/L的As2O3诱导细胞凋亡和低浓度(0.1～0.25μmol/L) As2O3长时间(10～14d)作用诱导细胞部分分化。部分分化细胞呈现某些与分化相关的形态学改变和分化相关抗原的调变，表现为CD11b的上调和CD33的下调。然而As2O3经何种机制诱导细胞分化，已知,极大多数APL存在特异的染色体易位t(15;17)，该易位导致分别位于15和17号染色体的PML和RARα基因融合,表达PML-RARα融合蛋白。目前认为该蛋白是APL发病的主要分子基础。体外研究显示,PML-RARα既可阻断IL-1/γ-干扰素诱导的U937细胞分化,也可阻断生长因子剔除引起的细胞凋亡[4]。陈国强等[3]的研究同时也发现As2O3可不同程度改变PML-RARα的亚细胞定位,降解PML-RARα/PML蛋白。由此可以推断降解PML-RARα/PML蛋白可能是As2O3诱导分化的主要机制之一。As2O3能加强PML融合蛋白在其K160位点处与泛素相关多肽SUMO-1的结合，PML泛素化后，又能直接或间接促进PML和PML-RARα的分解代谢，也就是说As2O3能在两个环节点上发挥作用促进PML降解[5]。另外，JWA基因也可能与APL细胞分化的信号通路相关[6]，JWA是新近发现的受多种诱导分化剂调控的细胞骨架相关基因。曹海霞等[7]的研究显示As2O3可上调JWA蛋白的表达，说明As2O3也可能通过此途径诱导APL细胞分化。Zhu等[8]人在研究了As2O3和其它细胞分化诱导剂之间的联合作用效果后，发现低浓度的As2O3与环腺苷酸（cAMP）类似物8-CPT-cAMP之间有较强的协同作用，能完全诱导NB4、NB4-R1以及新鲜的APL细胞分化。而且，细胞蛋白酶A的拮抗剂H89能阻断As2O3诱导的细胞分化作用，提示As2O3诱导细胞分化可能存在新的信号通路。
As2O3不仅能在体内外诱导血液系统肿瘤分化而且对实体瘤也具有分化诱导作用。顾琴龙等[9]在研究As2O3对人胃癌细胞诱导分化作用的实验中发现低剂量的As2O3可以诱导人胃癌细胞分化，但不能完全逆转其恶性生物学特性，在诱导其分化过程中某些基因表达发生改变，如p53和bcl-XL基因表达率下降，Bax基因表达率上升。杜彩文等[10]在研究As2O3诱导人鼻咽低分化鳞癌裸鼠移植瘤分化的实验中也发现Bax基因高表达，但p53基因也呈高表达，这些基因在肿瘤的发生发展、分化中具有重要作用，p53作为抑癌基因，可以通过上调周期蛋白依赖性蛋白激酶抑制蛋白P21等使细胞周期停止、抑制DNA复制、加速损伤DNA的修复，从而使肿瘤细胞向正常方向分化。这仅是其中机制之一，其他机制有待于进一步研究。
2 抑制肿瘤细胞增殖
细胞周期存在G1/S期及Ｇ2/Ｍ期转换两个限制点，As2O3可能对G1/S和Ｇ2/Ｍ两个控制点均起作用，但具有细胞选择性。对一些细胞主要作用于G1/S期，对另一些细胞则作用于Ｇ2/Ｍ期，而对其他细胞则同时在两点均起作用。Zhang等[11]发现,1μmol/L的As2O3可抑制HL60和Ｒaji等细胞株的增长,并使细胞周期停留在Ｇ1期。周浩等[12]研究证实, As2O3能使人慢性髓系白血病细胞系K562阻滞于Ｇ2/Ｍ期。陈玉宝等[13]的研究表明As2O3可以使人多发性骨髓瘤细胞株HS-Sultan在两期均受阻滞。在G1/S及Ｇ2/Ｍ两个控制点，细胞周期素（Cyclin）Ｄ、B等及其依赖性蛋白激酶CDK1、CDK4、CDK6等,CDK抑制蛋白如p21、p16、p15、p27、p24等以及RB蛋白、E2F转录因子等起重要调控作用。CyclinD与CDK4和CDK6结合，CDK4/6的激酶活性被激活，然后将RB蛋白磷酸化，RB蛋白磷酸化导致RB-E2F解离，产生的自由状态的E2F成为有效的转录因子，参与基因转录，从而推动细胞通过G1/S控制点，促使细胞有序地进入S期[14]。此外, RB蛋白的磷酸化还使与之结合的c-ABL蛋白解离,恢复其受抑的蛋白酪氨酸激酶(PTK)的活性。后者调节G1/S期转换调节因子的表达,促进细胞周期进入Ｓ期[15]。CyclinB主要与CDK1结合在Ｇ2/Ｍ控制点起重要作用。CDK抑制蛋白p15、p16、p27主要与CDK4/6结合抑制其激酶活性，使细胞不能通过G1/S控制点。p24主要与CDK1结合抑制其活性，抑制细胞通过Ｇ2/Ｍ控制点。而p21可以抑制几乎所有CDK的激酶活性，从而在两个控制点均起抑制作用[14]。陈玉宝等[15]的研究结果表明，As2O3可以上调p21、p15、p16的表达 ，p21、p15、p16表达增加对CDK4/6激酶活性抑制作用增强，从而抑制RB蛋白磷酸化。肖冬梅等[16]的研究也表明, As2O3可抑制RB蛋白磷酸化。因此, RB蛋白與E2F等转录因子及c-ABL蛋白的结合可能被加强,从而抑制细胞G1/S期的转换,使细胞周期延长;同时, RB蛋白磷酸化的减少,也可能使RB蛋白与BCR/ABL融合蛋白的结合增多,而抑制BCR/ABL蛋白的PTK活性。As2O3可能通过抑制BCR/ABL蛋白的PTK活性而干扰BCR/ABL蛋白致癌信号的传导,抑制K562细胞生长。Park等[17]研究则发现As2O3不仅可以上调p21的表达，而且可以显著增强p21与CDK的结合。p21表达增加以及结合能力的增强不仅抑制促使细胞通过G1/S控制点的相关因子，而且抑制CDK1等Ｇ2/Ｍ控制点促进因子，使细胞周期停滞于Ｇ2期。此外As2O3也可以下调增殖细胞核抗原(PCNA)表达[18]，PCNA是DNA聚合酶δ的辅助因子,为DNA复制所必须，因此阻止细胞周期进行，抑制细胞增殖。以上这些说明，As2O3可能对细胞周期的不同阶段均起作用，但具体以哪一阶段为主因细胞而异，这可能主要是因为细胞周期受多种因素的共同调控，不同细胞对As2O3的反应因素不同。 参考文献：
[1] 孙鸿德，马玲，胡晓晨，等.癌灵一号结合中医辨证治疗急性早幼粒白血病32例[J].中国中西医结合杂志,1992,12（3）：170～171
[2] 张鹏，王树叶，胡龙虎，等.三氧化二砷注射液治疗72例急性早幼粒细胞白血病[J].中华血液杂志,1996,17（2）：58～60
[3] 陈国强，朱军，石学耕，等.氧化砷诱导早幼粒细胞白血病细胞凋亡及其分子机制的初步研究[J]. 中华血液杂志,1997,18（1）:25～28
[4] StellerH. Mechanisms and genes of cellular suicide. Science,1995,267:1445
[5] Lallemand-Breitenbach V, Zhu J, Puvion F, et al. Role of promyelocytic leukemia(PML) sumolation in nuclear body formation, 11s proteasome recruitment, and As2O3-induced PML or PML/retinioc acid receptor alpha degradation. J Exp Med, 2001,193(12):1361～1371
[6] 夏薇，周建伟，曹海霞，等. JWA参与调控细胞分化的结构和功能[J]. 科学通报,2001,46（9）：734～738
[7] 曹海霞，夏薇，沈群，等. JWA参与维甲酸、佛波酯和三氧化二砷诱导急性早幼粒细胞性白血病细胞分化和凋亡的可能机制[J]. 科学通报,2001,46（23）：1979～1983
[8] Zhu Q,Zhang JW, Zhu HQ, et al. Synergic effects of arsenic trioxide and cAMP during acute promyelocytic leukemia cell maturation subtends a novel signaling cross-talk. Blood, 2002, 99(3):1014～1022
[9] 顧琴龙，李宁丽，林言箴. 三氧化二砷对人胃癌细胞诱导分化的实验[J].肿瘤,2000,20（6）：410～412
[10] 杜彩文，李德锐，林英城，等. 三氧化二砷诱导人鼻咽低分化鳞癌裸鼠移植瘤分化及相关基因表达的初步研究[J]. 肿瘤防治研究，2003,30（5）：382～384
[11] Zhang W,Ohnishi K, Shigeno K et al. The induction of apoptosis and cell cycle arrest by arsenic trioxide in lymphoid neoplasms. Leukemia, 1998,12(9):1383～1391
[12] 周浩，陈智超，伍晓菲，等.三氧化二砷对慢性髓系白血病细胞周期的影响[J]. 临床血液杂志,2003,16（3）：127～129
[13] 陈玉宝,傅卫军,侯健,等. 三氧化二砷对骨髓瘤细胞周期及其调节蛋白表达的影响[J]. 中华血液学杂志,2003,24（4）：193～196
[14] 温进坤，韩梅. 医学分子生物学理论与研究技术[M]. 北京：科学出版社. 2002, 357～371
[15] Ragione FD, Borriello A, Giordani L, et al. Cell division cycle alterations in human malignancies. Cancer, 1997,10(1):151～156
[16] 肖冬梅，孙关林，苏奔，等. 三氧化二砷对K562细胞细胞周期的影响及其机制的研究[J].中华医学杂志,1999,79（4）：306～307
[17] Park WH, Seol JG, Kim ES, et al. Arsenic trioxide-midiated growth inhibition in MC/CAR myeloma cells via cell cycle arrest inassociation with induction of cyclin-dependent kinase inhibitor, p21,and apoptosis. Cancer Res,2000, 60(11):3065～3071
[18] 董晓荣，刘莉，董继华. PCNA表达与肺癌细胞株凋亡的关系[J]. 肿瘤防治研究,2003,30（5）：395～397